Научници су први пут у повести успели да у тзв. квантној спрези повежу једно живо биће – микроскопску животињицу названу морски медведић.
У експерименту који су спровели Рајнер Думке са Нанјанг Технолошког универзитета у Сингапуру и сарадници животињица је квантно спрегнута са суправодним кубитом, а посебно је занимљиво то што је преживела. То је први пут да је вишећелијски организам стављен у ово чудно квантно стање. Резултати су први корак у разумевању деловања квантне механике у живим организмима.
Морски или водени медведићи су микроскопске животињице које, због својег буцмастог изгледа и начина кретања, подсећају на малене медведиће. Живе готово свуда где има влаге – у морима, слатким водама и влажним подручјима на копну, примерице у воденом филму у маховинама и у жљебовима и на крововима кућа. Имају четири пара кратких ножица које се завршавају канџицама. Хране се садржајем биљних ћелија, али и малим животињама које обично убоду да би исисали хранљиве твари. Размножавају се углавном полно, но неке врсте могу и бесполно, из јајашаца која нису оплођена.
Рајнер Думке (Research Gate)
Посебно су занимљиви за научна истраживања због способности да преживе у најекстремнијим условима какви владају у свемиру – у вакууму, на екстремно ниским температурама, близу апсолутне нуле. У таквим неповољним срдинама у стању обамрлости (анабиоза) опстају више година, све док се услови поново не постану повољни.
Шта је то квантна спрега?
Kвантна спрега један је од најбизарнијих феномена који се испољава у микросвету, односно на нивоима на којима делује квантна механика. Kада се две или више честица, попут протона или електрона, повежу на одређени начин, без обзира на то колико су удаљене у свемиру, њихова стања остају повезана. То значи да деле сједињено квантно стање. Ако се посматра стање једне честице, налази могу аутоматски пружити информације о другим спрегнутим честицама, без обзира на то колико се оне далеко налазиле. Такође, свако деловање на једну од спрегнутих честица аутоматски ће утицати на остале у спрегнутом систему.
Будући да се то збива тренутано, чак и ако се две спрегнуте честице удаље у различите крајеве свемира, ову необичну појаву славни физичар Алберт Ајнштајн назвао је „сабласним деловањем на даљину”. Штавише, сматрао је да она, иако произлази из копенхагенске интерпретације квантне механике, не може постојати у природи јер би могла нарушити теорију релативности према којој информације не могу путовати брже од брзине светлости. Тај проблем, адресиран 1935. у заједничком раду, односно мисаоном експерименту Алберта Ајнштајна, Бориса Подолског и Натана Розена, назван је EPR парадоксом.
Постојање квантне спреге касније је потврђено у бројним експериментима, а физичар Нилс Бор у својем одговору поменутој тројици показао да она не нарушава релативност, односно да EPR парадокс не постоји. Он је утврдио да квантна спрега између две честице не омогућује било којој честици или било којем другом облику информације да се креће између два места брзином већом од брзине светлости. Две честице могу бити повезане квантном спрегом, но то се никада не би могло користити за слање сигнала с једног места на друго брзином већом од брзине светлости јер је једино што се размењује између две честице њихово унутрашње квантно стање, а не прослеђују се никакве спољашње информације.
Kвантна физика у животним процесима
Последњих година појавили су се докази да квантна механика игра одређену улогу у неким од темељних животних процеса. Но, на који начин се то збива, још није разјашњено; то је подручје којим се научници тек почињу бавити, а изазови су велики. Наиме, квантни феномени толико су деликатни да се могу посматрати само када су сви други утицаји максимално пригушени – другим речима, у пажљиво контролисаним систе,има на температурама близу апсолутне нуле и у вакууму. Међутим, услови за живот управо су супротни од тога – они су сложени, топли и влажни. Стога су за нови експеримент били кључни морски меведићи за које се зна да су способни преживети у екстремним условима.
Замрзнути, спрегнути и поново оживљени
Да би извели свој експеримент, сингапурски научници су охладили поменуте животињице на температуру испод 10 миликелвина, што значи готово на апсолутну нулу (апсолутна нула је 0 Kелвина, односно -273,15 Целзујусових степени). Истовремено су смањили притисак ваздуха на милионити део онога у атмосфери. У таквим условима не могу се одвијати никакве хемијске реакције, тако да су метаболизам и процеси живота били потпуно заустављени. „Ово је до данас најекстремнија ниска температура и ниски притисак на којима је животињица преживела, што јасно показује да стање криптобиозе у коначном укључује обуставу свих метаболичких процеса јер све хемијске реакције престају када су сви молекули охлађени до основног стања”, коментарисали су аутори истраживања.
У овом стању морски медведић се може сматрати обичним диелектричним елементом. У својем експерименту аутори су животињицу управо тако третирали – као диелектричну коцку. Експериментална поставка састојала се од два супрапроводљива кондензатора који, када се охладе, могу постојати у суперпонираном стању које се назива кубит. У квантном рачунарству кубит је основна јединица квантних информација – квантна верзија класичног бинарног бита – која се физички реализује помоћу уређаја с два стања. Другим речима, кубит је квантно-механички систем с два стања, један од најједноставнијих квантних система који показује својства квантне механике. Примерице, два стања у случају електрона састоје се од електрона који може имати смер спина према горе и према доле.
Истраживачки тим је поставио животињицу између плоча кондензатора једног кубита, тако да је она постала део система кондензатора. Након тога су могли мерити учинак морског медведића на својства кубита. У следећем кораку успоставили су квантну спрегу тог кубита са суседним, тако да је цео систем постао један квантни објекат. Другим речима, животињица је постала квантно спрегнута са својом непосредном околином. „Видели смо како се животињица у криптобиози повезала са супрапроводљивим квантним битом након чега смо формирали снажно спрегнуто стање између комбинованог система и другог кубита”, објаснили су аутори.
Након што је морски медведић био у криптобиози више од две седмице, истраживачи су га је полако загревали и истовремено подизали притисак ваздуха до уобичајеног, атмосферског. Иако овај експеримент још не открива на које начине квантна механика делује у сложеним животним процесима, он представља први корак у том смеру. „Наш рад пружа први корак у узбудљивом смеру стварања хибридних система који се састоје од живе твари и квантних битова”, поручили су аутори.
(Извор Индекс)
